地球自转和时间系统

时间时间系统确定时刻有两个条件：（1）时间单位（计量单位）。

在这连续的一直向前的时间进行中，可选择一种比较均匀的、有连续重复周期的物质运动现象作为时间的计量单位。

选择不同的计量单位就得到了不同的时间计量系统。

（2）确定时间计量的起点测量时间和发布时间信号是天文台的主要任务之一。

1．世界时系统(Universal Time System)（1）世界时系统建立在地球自转基础上的时间系统，分为：恒星时(s, Sidereal Time)：以春分点为参考点的视运动现象得出的时间。

是天文学上的专用时间，在航海中实际应用较少。

视太阳时(T⊙,Apparent Time)：以视太阳(Apparent Sun)为参考点的视运动现象得出的时间。

平太阳时(T,Mean Solar Time)：以平太阳(Mean Sun)为参考点的运动得出的时间。

平太阳时又可分为地方平太阳时(Local Mean Time)和世界时(Universal Time，UT)：零度经线处的平太阳时间。

（2）地球自转不均匀地球自转不但不均匀，而且还有季节性和短期性的变化。

现已弄清的有以下几种原因：①地球自转长期减慢的现象引起长期减慢的原因，一般认为是受潮汐磨擦力的影响。

日长大约在100年内增长0s.0016。

②地球自转不规则的变化地球自转有时快有时慢。

在快慢交替的时候，变化相当显著，变化量将超过地球自转在100年内长期减慢所积累起的数值。

原因：多方面，①内部物质的移动；②太阳光斑喷射的微粒子流与地球磁场耦合而产生得阻尼影响。

③地球自转的季节性变化周期较短，变化周期为一年和半年，变化振幅最大可达0s.03左右。

原因：科学家们认为是由大气环流的季节性变化造成的。

④地球自转的短周期变换周期为一个月和半个月，振幅在1毫秒以下，全部积累起来的影响在最大时也不超过3豪秒。

⑤极移地球除自转速度不均匀外，地极在地球表面上24米×24米范围之内作反时针近似圆形螺旋曲线的周期运动，这种现象称为“极移”。

世界时、UTC、GPS时、本地时间、闰秒（一）时间系统世界时是基于地球自转的一种时间计量系统，反映了地球在空间的位置。

原子时是基于原子物理技术的一种更加均匀的时间系统，对于测量时间间隔非常重要。

由于两种时间尺度速率上的差异，一般来说1～2年会差1秒。

协调世界时（UTC , Universal Time Coordinated）是我们日常生活所用的时间，是一种折衷的时间尺度，它用原子时的速率，而在时刻上逼近世界时，所用方法就是“闰秒”，当协调世界时和世界时之差即将超过±0.9秒时，就对协调世界时作一整秒的调整。

UTC在本质上还是一种原子时，因为它的秒长规定和原子时秒长相等，只是在时刻上，通过人工干预（闰秒），尽量靠近世界时。

方法是：必要时对协调世界时作一整秒的调整（增加1秒或去掉1秒），使UTC和世界时的时刻之差保持在±0.9秒以内。

这一技术措施就称为闰秒（或跳秒），增加1秒称为正闰秒（或正跳秒）；去掉1秒称为负闰秒（或负跳秒）。

是否闰秒，由国际地球自转服务组织（IERS）决定。

闰秒的首选日期是每年的12月31日和6月30日，或者是3月31日和9月30日。

如果是正闰秒，则在闰秒当天的23时59分59秒后插入1秒，插入后的时序是：…58秒，59秒，60秒，0秒，…，这表示地球自转慢了，这一天不是86400秒，而是86401秒；如果是负闰秒，则把闰秒当天23时59分中的第59秒去掉，去掉后的时序是：…57秒，58秒，0秒，…，这一天是86399秒。

最近的一次闰秒是在2005年底实施的。

2005年7月4日，国际地球自转服务组织（IERS）发布C公报，协调世界时（UTC）将在2005年底实施一个正闰秒，即增加1秒。

届时，所有的时钟将拨慢1秒。

具体实施步骤如下：UTC协调世界时：23时59分59秒（2005年12月31日）23时59分60秒（2005年12月31日）00时00分00秒（2006年1月1日）相应地，北京时间：7时59分59秒（2006年1月1日）7时59分60秒（2006年1月1日）8时00分00秒（2006年1月1日）之前的一次闰秒发生在1999年1月1日。

GPS时间系统概述和世界时系统6．1 GPS时间系统概述 时间包含“时刻”和“时间间隔”2个概念。

所谓时刻，即发⽣某⼀现象的瞬间。

在天⽂学和卫星定位中、与所获数据对应的时刻也称为历元。

时间间隔则是指发⽣某⼀现象所经历的过程，是这⼀过程始末的时刻之差。

所以，时间间隔测量也称为相对时间测量，⽽时刻测量相应地称为绝对时间测量。

要测量时间，必须建⽴⼀个测量基准，即时间的单位（尺度）和原点（起始历元）其中，时间的尺度是关键．⽽原点可以根据实际应⽤加以选定。

⼀般地，任何⼀个可观察的周期运动现象，只要符合以下要求．都可以⽤做确定时问的基推： （1）运动应是连续的，周期性的。

（2）运动的周期应具有充分的稳定性。

（3）运动的周期必须具有复现性、即要求在任何地⽅和时间，都可以通过观测和实验，复现这种周期性运动。

时间测量基准不同，则描述的时刻和时间间隔都不相同，从⽽得到了不同的时间系统。

在天⽂学和空间科学技术中，时间系统是精确描述天体和⼈造卫星运⾏位置及其相互关系的重要基准，因⽽也是⼈类利⽤卫星进⾏定位的重要基难。

在GPS卫星定位中，时间系统的重要意义主要表现为如下⼏点。

（1）GPS卫星作为⼀个⾼空观测⽬标，其位置是不断变化的。

因此，在给出卫星运⾏位置的同时．必须给出相应的瞬间时刻。

例如，当要求GPS卫星的位置误差⼩于1M时，则相应的时刻误差应⼩于2．6xl0。

（2）GPS定位是通过接收和处理GPS卫星发射的⽆线电信号来确定⽤户接收机（即观测站）⾄卫星间的距离（或距离差），进⽽确定观测站的位置的。

因此，准确地测定观测站⾄卫星的距离，必须精密地测定信号的传播时间。

若要求其距离误差⼩于1M，则信号传播时间的测定误差应⼩于3xlo—10。

（3）由于地球的⾃转，地球上点在天球坐标系中的位置是不断交化的。

若要求⾚道上⼀点的位置误差不超过1cm，则时间的测定误差应⼩于2x10-5s。

显然，利⽤GPS进⾏精密的导航与测量，应尽可能获得⾼精度的时间信息。

参心坐标系名词解释
参心坐标系是一种描述地球表面位置和方向的坐标系统，其中参考椭球中心、地球自转轴、地球短轴、经度与纬度、大地水准面、高度和深度、地球引力场以及时间系统等概念在系统中扮演重要角色。

1. 参考椭球中心：参考椭球中心是参心坐标系的原点，通常与地球质心重合，但并不一定。

参考椭球中心的位置通过定位测量和天文观测等方式来确定。

2. 地球自转轴：地球自转轴是地球绕其自身轴线旋转的轴线，其方向与地球公转轨道面垂直，并指向北极星附近。

在参心坐标系中，地球自转轴通常与参考椭球的长轴重合。

3. 地球短轴：地球短轴是参考椭球赤道面与地球自转轴的交点之间的距离，也称为短半轴或横截面半径。

4. 经度与纬度：经度和纬度是用来描述地球表面点位置的坐标系。

经度是以本初子午线为0°，以东为东经，以西为西经；纬度是以赤道为0°，向北为北纬，向南为南纬。

5. 大地水准面：大地水准面是指与平均海水面重合并延伸至大陆内部的连续曲面。

大地水准面是参心坐标系中描述地球表面位置的基础。

6. 高度和深度：在参心坐标系中，高度是指从大地水准面到地球表面上任意一点的垂直距离；深度则是指从大地水准面到地下任意一点的垂直距离。

7. 地球引力场：地球引力场是地球对周围物体产生的引力作用分布。

在参心坐标系中，地球引力场是用来描述地球表面点和地球自转轴之间引力关系的。

8. 时间系统：时间系统是用来描述时间变化的系统。

在参心坐标系中，时间系统是用来确定地球自转速度和其他天体位置变化的基础。

岁差和章动、极移的两个分量X 和Y 以及世界时（Universal Time，UT1）和协调世界时（Universal Time coordinated，UTC）之差UT1-UTC 或者日长变化（其为UT1-UTC 的衍生物）常用来反映地球自转的变化，称为地球定向参数（EarthOrientation Parameters，EOP）。

其中，极移、UT1-UTC 和日长变化称为地球自转参数（EarthRotation Parameters，ERP）（孔祥元等，2010）。

随着现代空间大地测量技术如甚长基线干涉测量（Very Long Baseline Interferometry，VLBI）、卫星激光测距（Satellite Laser Ranging，SLR）、全球定位系统（Global Positioning System，GPS）等的不断发展，已能为人们提高更高精度、更高分辨率的地球定向参数。

与经典光学测量技术相比，其观测精度提高了两个数量级（王保卫，1999）。

在极移方面，目前观测精度达到0.1 mas（相当于地面上3mm 的距离），日长变化的观测精度可达到0.01 ms（Wlofgang，2008；徐君毅，2010）由于复杂的数据处理过程，利用现在测量技术所获取的海量数据并不能实时的给出地球定向参数解算值，如运用VLBI、SLR 等高精度的观测手段来获取EOP 值往往要延迟2~5 天，而利用GPS，其解算速度相对较快，也要延迟2~3 个小时来获取EOP变化值。

但GPS 技术解算时受系统影响较大，长期性并不好，需要VLBI 和SLR 技术解算值来进行修正（王琪洁，2007；徐君毅，2010）。

基于此，地球自转参数是无法实时获取的，为了解决这一矛盾，利用已有观测资料对EOP 进行预测，建立高精度的预报模型就显得尤为重要。

极移主要包括两种：周期为12 个月的周年受迫摆动和周期为14 个月的Chandler 自由摆动，一般有平均极移和瞬时极移两种方式表示。

以地球自转为基础的时间计量系统。

地球自转的角度可用地方子午线相对于天球上的基本参考点的运动来度量。

为了测量地球自转，人们在天球上选取了两个基本参考点：春分点（见分至点）和平太阳，由此确定的时间分别称为恒星时和平太阳时。

世界时区的划分，是以本初子午线为标准的。

从西经7度5分到东经7度5分（经度间隔为15度）为零时区；从零时区的边界分别向东和向西，每隔经度15度划一个时区，东、西各划出12个时区；东十二时区与西十二时区相重合。

全球共划分成24个时区。

各时区都以中央经线的地方平时为本区的区时。

相邻两时区的区时相差一小时。

时区界线原则上按照地理经线划分，但在具体实施中，为了便于使用，往往根据各国的政区界线或自然界线来确定。